Робот-колибри использует искусственный интеллект чтобы летать

Что может летать как птица и парить как насекомое?

Наш дружелюбный сосед колибри. Если бы у дронов были обе эти функции, они могли бы лучше маневрировать через разрушенные здания и другие загроможденные пространства, чтобы найти пострадавших.

Исследователи из Университета Пердью разработали летающих роботов, которые ведут себя как колибри, обученных по алгоритмам машинного обучения, основанным на различных методах, которые птица использует естественным образом каждый день.

Исследователи Университета Пердью создают роботизированных колибри, которые на компьютерном моделировании учатся летать, как настоящий колибри. Робот заключен в декоративную оболочку. Это означает, что после обучения на симуляторе робот «знает», как самостоятельно передвигаться, словно колибри, например, распознавать, когда выполнять маневр побега.

Как робот ориентируется в пространстве

Искусственный интеллект в сочетании с гибкими взмахами крыльев также позволяет роботу обучаться новым движениям. Хотя робот еще не может видеть, но он способен чувствовать, касаясь поверхностей. Каждое прикосновение посылает электрические импульсы, который исследователи используют для управления роботом. «Робот может по существу создавать карту, не видя окружения.

Это может быть полезно в ситуации, когда робот будет искать жертв в темном месте - и это означает, что нужно добавить еще один датчик, который дает роботу возможность видеть», - сказал Синьян Дэн, доцент кафедры машиностроения в Пердью. Исследователи представят свои работы 20 мая на Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации в 2019 году в Монреале. Беспилотники не смогут стать меньше в современных реалиях. У них не будет достаточной мощности, чтобы выдержать их вес.

Проблемы аэродинамики

Но колибри не используют обычную аэродинамику, а их крылья устойчивы. «Правила немного меняются; аэродинамика по своей природе неустойчива, и её факторы могут резко меняться. Это позволяет существовать более мелким летающим животным, а также позволяет нам уменьшать вес крылатых роботов», - сказал Дэн.

Исследователи годами пытались понять принцип полета колибри, чтобы роботы могли летать там, где большие самолеты не могут. В 2011 году компания Aero Vironment, созданная по заказу DARPA, агентства Министерства обороны США, создала роботизированную колибри, которая была тяжелее реальной, но не такой быстрой, с вертолетоподобными средствами управления полетом и ограниченной маневренностью.

Требовалось, чтобы человек постоянно находился за пультом управления. Группа Дэн и ее сотрудники изучали колибри в течение нескольких лет в Монтане. Они задокументировали ключевые маневры колибри, такие как быстрый поворот на 180 градусов, и перевели их на компьютерные алгоритмы, которые робот мог бы выучить, подключившись к симуляции. Дальнейшее изучение физики насекомых и колибри позволило исследователям Пердью создать роботов, меньших, чем колибри - и даже таких же маленьких, как насекомые, - без ущерба для того, как они летают.

Дэн говорит, что чем меньше размер, тем выше частота взмахов крыльев и тем эффективнее они летают. Синьян Дэн и ее команда исследователей разрабатывают технологию, вдохновленную колибри, которая может превзойти дронов в поисково-спасательных миссиях. На снимке слева направо: Фан Фэй, Синьян Дэн, Джесси Ролл и Жан Ту. Роботы имеют тела, напечатанные на 3D-принтере, крылья из углеродного волокна и мембраны с лазерной резкой.

Исследователи создали одного робота-колибри весом 12 грамм - вес обычного взрослого Великолепного колибри - и другого робота размером с насекомое весом 1 грамм. Робот-колибри может поднимать больше, чем собственный вес, до 27 граммов. Проектирование роботов с более высокой подъемной силой дает исследователям больше возможностей для маневра, чтобы в конечном итоге добавить батарею и сенсорную технологию, такую как камера или GPS.

В настоящее время робот должен быть привязан к источнику энергии, пока он летит - но это не будет длиться намного дольше, считают исследователи. Роботы могут летать тихо, как настоящий колибри, что делает их более идеальными для секретных операций. И они остаются устойчивыми благодаря турбулентности, которую исследователи продемонстрировали, испытав динамически масштабируемые крылья в масляном баке.

Роботу требуется только два мотора, и он может управлять каждым крылом независимо от другого. Именно так летающие животные выполняют очень подвижные маневры в природе. «У настоящего колибри есть несколько групп мышц, которые выполняют мощные и рулевые удары, но робот должен быть настолько легким, насколько это возможно, чтобы у вас была максимальная производительность при минимальном весе», - сказал Дэн.

Роботизированные колибри не только помогут в поисково-спасательных миссиях, но и позволят биологам более надежно изучать колибри в их естественной среде через чувства реалистического робота. «Благодаря биологии мы учились строить роботов, и теперь биологические открытия могут происходить при дополнительной помощи роботов», - сказал Дэн. Симуляции технологии доступны с открытым исходным кодом на GitHub.

Ранние этапы работы, включая эксперименты с колибри в штате Монтана в сотрудничестве с группой Брета Тобальске в Университете Монтаны, были финансово поддержаны Национальным научным фондом.